Сегнетополупроводники. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Сегнетополупроводники

Сегнетополупроводники - кристаллы, обладающие одновременно сегнетоэлектрическими и полупроводниковыми свойствами. В сегнетополупроводниках при определённых температурах и в отсутствие внеш. электрич. поля существует спонтанная электрич. поляризация (электрич. дипольный момент Р), к-рая может существенным образом изменяться под влиянием внеш. воздействий (внеш. электрич. поле, давление, темп-pa). Спонтанная поляризация возникает при определённой температуре Т_к (точка Кюри), при к-рой происходит фазовый переход из параэлектрич. неполярной фазы в сегнетоэлектрич. полярную фазу (см. Сегнетоэлектрики).

Сегнетоэлоктриками являются полупроводники группы A^IV B^VI, обладающие малой шириной запрещённой зоны

~ 0,1-0,3 эВ. К ним относятся GeTe, SnTe, потенциальный С. РbТе (Т_к О К, см. ниже) и твёрдые растворы на их основе (см. Полупроводниковые материалы). Электропроводность этих кристаллов при комнатной температуре (Т = 300 К) составляет

- -10⁵ Ом^-1*см^-1 при холловской подвижности носителей заряда

= 5*10¹ - 5*10² см²/В*с. Темп-pa Кюри С. A^IV B^VI зависит от концентрации свободных носителей заряда. В кристаллах SnTe, к-рые из-за высокой плотности вакансий Sn имеют дырочную проводимость с высокой концентрацией дырок, Т_к понижается вплоть до О К при увеличении концентрации дырок до 1,3*10²¹ см^-3. В С. с высокой проводимостью экранирование спонтанной поляризации свободными носителями не позволяет проводить её прямых измерений.

С. группы A^V B^VIC^VII имеют большую ширину запрещённой зоны (

эВ). При

см²/В*с они характеризуются малой проводимостью

Ом^-1*см^-1 и обладают заметной фотопроводимостью.

Высокоомными полупроводниками с примесной проводимостью являются Сегнетоэлектрики со структурой перовскита (

эВ). Так, ВаТiO₃ с примесями редкоземельных ионов может иметь проводимость до 10^-1 Ом^-1*см^-1 при

см²/В*с, в то время как при отсутствии примесей

Ом^-1*см^-1. Относительно высокой проводимостью, связанной с вакансиями Рb, обладают кристаллы РbТiO₃. Кристалл SrТiO₃(как и РbТе) рассматривается как потенциальный (виртуальный) С., т. е. при снижении Т вплоть до О К этот кристалл приближается к фазовому переходу в сегнетоэлектрич. состояние, но переходне успевает произойти при реальных темп-pax. Для чистых кристаллов

Ом^-1*см^-1. Легиров. кристаллы имеют проводимость до 1 Ом^-1*см^-1 при

см²/В*с. Кристаллы SrTiO₃ с концентрацией носителей ~10¹⁹-10²⁰ см^-3становятся сверхпроводящими при Т = 0,3-0,5 К (см. Сверхпроводники).

Сегнетоэлектрик LiNbO₃ с широкой запрещённой зоной имеет проводимость

Ом^-1*см^-1, т. е. является типичным изолятором. Однако при сильном легировании (напр., Fe) а может достигать 10^-7 Ом^-1*см^-1 при

см²/В*с. Легиров. кристаллы обладают заметной фотопроводимостью. Нек-рые характеристики С. приведены в табл. К С. можно отне
сти также кристаллы Ag₃AsS, Sn₂P₂S₆, TlGaSe₂. Для всех С. связь электронной подсистемы с сегнетоэлектрич. свойствами приводит к небольшим изменениям в точке фазового перехода величин

Некотопые характеристики сегнетополупроводииков

Фотоэлектрические свойства. Взаимосвязь сегнетоэлектрич. и полупроводниковых свойств приводит к ряду фотоэлектрич. эффектов. Так, при освещении С. наблюдается сдвиг Т_к (ВаТiO₃, SbSI) до 1% от величины Т_к. При этом наблюдаются и изменения температурной зависимости диэлектрич. проницаемости в области фазового перехода (фотогистерезисный эффект). Поскольку свободные носители в С. экранируют спонтанную поляризацию и оказывают тем самым сильное влияние на доменную структуру, то генерация свободных носителей при освещении С. может приводить к изменению его доменной структуры (фотодоменный эффект).

При однородном освещении в С. возникает стационарный электрич. ток (см. Фотогальванический эффект ).Для света с линейной поляризацией ток в кристалле j_i пропорц. интенсивности света I: где е_k, e_l - компоненты единичного вектора электрич. поля световой волны. Тензор отличен от 0 во всех кристаллах без центра инверсии (см. Симметрия кристаллов ),но, как правило, особенно большую величину он имеет в сегнетоэлектриках. В освещённом С. возникает фотоэдс, к-рая достигает больших значений. Так, в кристаллах LiNbO₃ она соответствует электрич. полям Е ~ 10⁴ -10⁵ В/см.

При локальном освещении С. фотогальванич. эффект и(или) диффузия приводят к переносу возбуждённых носителей на периферию светового пучка, где происходит захват носителей ловушками. В результате создаётся объёмный заряд, поле к-рого за счёт электрооптич. эффекта приводит к изменению показателей преломления кристалла (фоторефрактивный эффект).

Сегнетокерамика. В полупроводниковых керамиках (на основе легированного ВаТiO₃ и др.) взаимное влияние сегнетоэлектрич. и полупроводниковых свойств проявляется в положит. температурном коэф. сопротивления (ПТКС). Сопротивление керамики при изменении Т резко уменьшается (до 6 порядков) в узкой области Т при фазовом переходе в сегнетоэлектрич. фазу. Объяснение основано на представлении о Шоттки барьерах на границах зёрен с относительно высокой проводимостью, к-рые разделены изолирующим запорным слоем. В области фазового перехода резко возрастает диэлектрич. проницаемость, что приводит к уменьшению высоты барьера и соответственно к экспоненциальному уменьшению сопротивления образца.

В керамике, состоящей из зёрен с полупроводниковой проводимостью и тонких изолирующих слоев, наблюдается увеличение эфф. диэлектрич. проницаемости на низких частотах. Кроме того, изменяется при приложении слабых электрич. полей Е, что связано с зависимостью от поля Е толщины обеднённого слоя.

Применение. С., обладающие фоторефрактивным эффектом, используются для записи и обработки оптич. сигналов. Сегнетокерамика с эффектом ПТКС применяется для создания приборов в системах теплового контроля и в измерит. технике. Полупроводниковая Сегнетокерамика с тонкими межзёренными прослойками используется в конденсаторах большой ёмкости. Высокоомные С. применяются в гибридных структурах, где возможно управление проводимостью полевого транзистора в канале исток- сток путём переключения спонтанной поляризации в сегнетоэлектрич. затворе. Возможно использование переключения сегнетоэлектрич. доменов в плёнках для создания энергонезависимых устройств памяти с высокой ёмкостью и высоким быстродействием (технология таких устройств совместима с кремниевой технологией).

Знаете ли Вы, что "гравитационное линзирование" якобы наблюдаемое вблизи далеких галактик (но не в масштабе звезд, где оно должно быть по формулам ОТО!), на самом деле является термическим линзированием, связанным с изменениями плотности эфира от нагрева мириадами звезд. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

Сегнетополупроводники

Литература по сегнетополупроводникам